p-n 结二极管中泊松方程的鲁棒仿真低至 1 μK
介观与纳米尺度物理
2022-12-07 v1 应用物理
计算物理
摘要
半导体器件在深低温下的仿真历来十分困难。当今商业 TCAD 可仿真的最低温度约为 4.2 K，可能达 100 mK，而多数实验量子科学在 10 mK 或更低温度下进行。除输运求解器的挑战外，主要瓶颈之一是由于对电势微小变化的极端敏感性导致的静电学不收敛。本文提出重新表述泊松方程以消除这种极端敏感性并改善收敛性。我们使用迭代牛顿-拉夫森格式求解重构后的 p-n 二极管泊松方程，首次使用标准 IEEE-754 双精度算术证明了低至创纪录的 1 微开尔文温度的收敛性。我们绘制了电势图并分辨了耗尽层边缘附近载流子密度的快速变化。主要 Python 函数见附录。
引用
@article{arxiv.2212.02836,
title = {Robust Simulation of Poisson's Equation in a P-N Diode Down to 1 {\mu}K},
author = {Arnout Beckers},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.02836},
year = {2022}
}